一种耐高温钻头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种耐高温钻头，其特征在于它包括接头、钻头本体、钻头切削齿、燃烧室，接头的下端与钻头本体连接，所述钻头切削齿设置在钻头本体的下端；在接头内设置中心管路，中心管路的下端设置燃烧枪，燃烧枪的下端设置火焰喷嘴；在钻头本体内部设置燃烧室，在钻头本体的下端设有高温气体喷嘴，燃烧室的两端分别连通火焰喷嘴和高温气体喷嘴；在接头内设有外环形管路，外环形管路与燃烧枪的空气入口相连通。本实用新型将常规火焰热能破岩方法和常规机械破岩方法相结合，且该钻头能在700℃以上高温环境中工作，能够实现高强度的钻头切削低强度的岩石，从而迅速破岩，提高机械钻速。
【专利说明】一种耐高温钻头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种耐高温钻头。
【背景技术】
[0002]钻头是钻井过程中直接与岩石接触，通过切削、研磨作用破碎岩石的工具。目前钻井工程中广泛应用机械能进行破岩，采用的钻头主要由牙轮钻头、PDC钻头、金刚石钻头等。现场应用情况表明，牙轮钻头破岩效率低，单只钻头进尺少，容易发生掉牙轮卡钻等井下事故；PDC钻头磨损速度快，吃入困难；金刚石钻头也同样存在钻进速度慢、寿命较短的问题，这些都严重影响了油气勘探开发的速度。
[0003]为了提闻钻探效率，国内外石油工作者都在加紧研究闻效破岩工具和方法，并提出了一些热能钻井破岩方法，包括激光钻井、热熔钻井、等离子体通道钻井、热力综合破岩等技术。这些技术均论证了高温能够有效地降低岩石强度，从而使钻井速度提高10-100倍。这些技术目前大多处于室内研究阶段，配套装置也不成熟，离现场推广应用还存在一定距离。
[0004]综上所述，常规机械破岩工具提高机械钻速效果不够显著、新型破岩技术的配套设备不能实现工业化应用，急需研发一种新型的钻头，能通过机械-热能综合破岩方法提高钻进速度、节省钻井成本，并对于加快油气资源勘探开发速度具有重大的意义。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于:针对上述现有技术中存在的技术问题，提供一种能提闻破岩效率且能有效降低钻井成本的耐闻温钻头。
[0006]本实用新型所采用的技术方案为:一种耐高温钻头，其特征在于它包括接头、钻头本体、钻头切削齿、燃烧室，接头的下端与钻头本体连接，所述钻头切削齿设置在钻头本体的下端；在接头内设置中心管路，中心管路的下端设置燃烧枪，燃烧枪的下端设置火焰喷嘴；在钻头本体内部设置燃烧室，在钻头本体的下端设有高温气体喷嘴，燃烧室的两端分别连通火焰喷嘴和高温气体喷嘴；在接头内设有外环形管路，外环形管路与燃烧枪的空气入口相连通。
[0007]按上述技术方案，在钻头本体的外周设置第一冷却装置，所述钻头切削齿沿钻头本体的下端面周向间隔设置，在钻头切削齿的外周设置有第二冷却装置，所述第一、第二冷却装置与接头上的外环形管路相连通。
[0008]按上述技术方案，所述第一冷却装置包括第一多孔层，第一多孔层设置在钻头本体的外周面，并与钻头本体固连，在第一多孔层上设置有多个冷气流出孔，在第一多孔层和钻头本体外周面之间设置有第一冷气流通道，在钻头本体内设置有内环空管将第一冷气流通道与外环形管路相连通；所述第二冷却装置包括第二多孔层，第二多孔层设置在钻头切削齿的外周面，并与钻头切削齿固连上，在第二多孔层上设置有多个冷气流出孔，在第二多孔层和钻头切削齿之间设置有第二冷气流通道，在钻头本体内设置有内环空管将第二冷气流通道与外环形管路相连通。
[0009]按上述技术方案，在钻头本体的外周面和钻头切削齿的外周面均设置有高温隔热层。
[0010]按上述技术方案，所述高温气体喷嘴为环形，第二冷却装置与高温气体喷嘴外周面之间留有间隙。
[0011]按上述技术方案，在钻头本体内设置有与外环形管路相连通的空气预热回路，所述空气预热回路与燃烧枪的空气入口相连通。
[0012]按上述技术方案，所述内环空管与空气预热回路相连通。
[0013]按上述技术方案，所述燃烧室为中间宽，两端窄。
[0014]按上述技术方案，所述燃烧枪包括混气室，打火装置，打火装置设置在混气室内，混气室与外环形管路相连通。
[0015]按上述技术方案，在燃烧室的内壁设置有钨钢层。
[0016]本实用新型所取得的有益效果为:
[0017]1、本实用新型将常规火焰热能破岩方法和常规机械破岩方法相结合，且该钻头能在700°C以上高温环境中工作，能够实现高强度的钻头切削低强度的岩石，从而迅速破岩，提高破岩效率；
[0018]2、通过设置第一、第二冷却装置，在钻头本体的外周及钻头切削齿的外周均形成冷气膜，使钻头本体及钻头切削齿处于相对低温状态，保持钻头本体及钻头切削齿的强度，利用处于相对低温状态的钻头切削齿旋转切削破坏其正下方的高温低强度的岩石，进一步提高破岩效率；
[0019]3、本实用新型可用于超深钻井，由于目前钻探井深局限于12000米以内，在越深的地层，地层压力越大，地层岩石温度越高，岩石越易熔化，钻井越容易，钻进速度越高。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1本实用新型提供的第一实施例的主剖视图；
[0021]图2为实施例一的第一冷却装置的结构示意图；
[0022]图3为图1的仰视图；
[0023]图4为实施例二的第一冷却装置的结构示意图。
[0024]图中:1、双壁螺纹接头；2、燃烧枪；3、钻头本体；4、内环空管；5、第一冷却装置；6、钻头切削齿；7、中心管路；8、外环形管路；9、火焰喷嘴；10、燃烧室；11、空气预热回路；12、高温气体喷嘴；13、冷气流出孔；14、第一冷气流通道；15、第一多孔层；16、高温隔热层，17、混气室，18、打火装置，19、第二冷却装置，20、第二多孔层，21、第二冷气流通道。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0026]如图1所示，本实施例提供了一种耐高温钻头，它包括双壁螺纹接头1、燃烧枪2、钻头本体3和钻头切削齿6。双壁螺纹接头I的下端与钻头本体3连接，钻头切削齿6设置在钻头本体3的下端；所述双壁螺纹接头I的中间为空心，在双壁螺纹接头I内设置中心管路7和燃烧枪2，中心管路7的下端设置燃烧枪2，燃烧枪2的下端面与钻头本体密封配置，燃烧枪2的下端设置火焰喷嘴9 ;在钻头本体3内部设置燃烧室10，所述燃烧室10为中间宽，两端窄，在燃烧室10的下端设置环形高温气体喷嘴12。双壁螺纹接头I的内壁设有外环形管路8，在钻头本体3内设置有内环空管4、空气预热回路11，内环空管4连通双壁螺纹接头I的外环形管路8与空气预热回路11，所述空气预热回路11与燃烧枪2的空气入口相连通。
[0027]本实用新型在工作时，会使其周围的岩石温度达到很高，当高温岩石将其高温传递给钻头本体3及钻头切削齿6后，钻头本体3及钻头切削齿6的强度会降低，严重影响其工作效率。为了保持钻头本体3及钻头切削齿6的强度，在钻头本体3的外周套装有第一冷却装置5，所述钻头切削齿6沿钻头本体的下端面周向间隔设置，在钻头切削齿6的下端面设置有弧形的切削齿，在钻头切削齿的外周除其下端面外套装有第二冷却装置。
[0028]本实施例中，如图2所示，第一冷却装置5包括第一多孔层15，第一多孔层15套装在钻头本体3的外周面，并固定在钻头本体3上，在第一多孔层15上设置有多个冷气流出孔13，在第一多孔层15和钻头本体3之间设置有环形的第一冷气流通道14，在钻头本体3内设置的内环空管4将第一冷气流通道14与外环形管路8相连通。
[0029]如图3所示，所述第二冷却装置19包括第二多孔层20，第二多孔层20套装在钻头切削齿6的四周，并固定在钻头切削齿6上，在第二多孔层20上设置有多个冷气流出孔，在第二多孔层20和钻头切削齿的外周面之间设置有环形的第二冷气流通道21，内环空管4同时将第二冷气流通道21相连通，其中，第二多孔层20与高温气体喷嘴12之间留有间隙以减少高温气体喷嘴12向钻头切削齿之间的热传递，从而使第二冷却装置19的冷却效果更好。
[0030]其中，第一多孔层15和第二多孔层20均为耐高温耐磨多孔层。
[0031]其中，燃烧枪2包括混气室17、打火装置18，打火装置18设置在混气室内，混气室17分别与中心管路7和空气预热回路11相连通。
[0032]本实施例中，在燃烧室10的内壁设置有一层钨钢，以减小高温对钻头本体3强度的影响。
[0033]本实施例中，钻头切削齿6采用PDC切削齿。
[0034]在工作时，双壁螺纹接头I的上端与双壁钻杆连接，往中心管路7内输入燃料，燃料通过中心管路7进入燃烧枪2的混气室17，外环形管路8内输入冷空气，空气经钻头本体3的内环空管4及空气预热回路11进入燃烧枪2的空气混合室，启动打火装置18，使混合气体燃烧，燃料和空气经过燃烧枪2在火焰喷嘴9和燃烧室10充分燃烧，产生高温高速燃气，高温燃气温度超过700°C，经过高温气体喷嘴12，高速射向钻头切削齿6正下方的岩石，使岩石的上表层迅速升温，岩石强度下降，此时岩石的强度为未加热的岩石强度的1/3或小于1/3 ;而导热系数小的岩石产生明显的温度梯度，使岩石发生热力破坏，产生的岩屑被高温燃气携带出井底；部分冷空气通过钻头本体3的内环空管4，从而进入第一冷却装置5和第二冷却装置19，当冷空气经过第一冷气流通道14时，从第一多孔层15的冷气流出孔13排出，冷气流在第一多孔层15外表面形成冷气膜，从而使钻头本体处于相对低温状态，保持了钻头本体强度；当冷空气经过第二冷气流通道21时，从第二多孔层的冷气流出孔排出，冷气流在第二多孔层20外表面形成冷气膜，从而保持了钻头切削齿的强度。通过处于相对低温状态的钻头切削齿6旋转切削破坏其正下方的高温低强度的岩石，从而提高破岩效率。
[0035]实施例2:
[0036]如图4所示，实施例2与实施例1的结构基本相同，不同之处在于钻头本体3和钻头切削齿6的外周面均设置有高温隔热层16 (图4中以在钻头本体3的外周设置高温隔热层16为例进行说明)。高温隔热层16将岩石向钻头本体3和钻头切削齿6传递辐射的热能隔热，使钻头本体3、钻头切削齿6的温度保持在一定温度内，进一步提高了本实用新型的使用寿命。
【权利要求】
1.一种耐高温钻头，其特征在于它包括接头、钻头本体、钻头切削齿、燃烧室，接头的下端与钻头本体连接，所述钻头切削齿设置在钻头本体的下端；在接头内设置中心管路，中心管路的下端设置燃烧枪，燃烧枪的下端设置火焰喷嘴；在钻头本体内部设置燃烧室，在钻头本体的下端设有高温气体喷嘴，燃烧室的两端分别连通火焰喷嘴和高温气体喷嘴；在接头内设有外环形管路，外环形管路与燃烧枪的空气入口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温钻头，其特征在于在钻头本体的外周设置第一冷却装置，所述钻头切削齿沿钻头本体的下端面周向间隔设置，在钻头切削齿的外周设置有第二冷却装置，所述第一、第二冷却装置与接头上的外环形管路相连通。
3.根据权利要求2所述的一种耐高温钻头，其特征在于所述第一冷却装置包括第一多孔层，第一多孔层设置在钻头本体的外周面，并与钻头本体固连，在第一多孔层上设置有多个冷气流出孔，在第一多孔层和钻头本体外周面之间设置有第一冷气流通道，在钻头本体内设置有内环空管将第一冷气流通道与外环形管路相连通；所述第二冷却装置包括第二多孔层，第二多孔层设置在钻头切削齿除底面外的外周面，并与钻头切削齿固连，在第二多孔层上设置有多个冷气流出孔，在第二多孔层和钻头切削齿之间设置有第二冷气流通道，在钻头本体内设置的内环空管将第二冷气流通道与外环形管路相连通。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温钻头，其特征在于在钻头本体的外周面和钻头切削齿的外周面均设置有高温隔热层。
5.根据权利要求3或4所述的一种耐高温钻头，其特征在于所述高温气体喷嘴为环形，第二冷却装置与高温气体喷嘴外周面之间留有间隙。
6.根据权利要求3所述的一种耐高温钻头，其特征在于在钻头本体内设置有与外环形管路相连通的空气预热回路，所述空气预热回路与燃烧枪的空气入口相连通。
7.根据权利要求6所述的一种耐高温钻头，其特征在于所述内环空管与空气预热回路相连通。
8.根据权利要求1或2所述的一种耐高温钻头，其特征在于所述燃烧室为中间宽，两端窄。
9.根据权利要求1或2所述的一种耐高温钻头，其特征在于所述燃烧枪包括混气室，打火装置，打火装置设置在混气室内，混气室与外环形管路相连通。
10.根据权利要求1或2所述的一种耐高温钻头，其特征在于在燃烧室的内壁设置有钨钢层。
【文档编号】E21B10/46GK203394358SQ201320491946
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年8月13日 优先权日:2013年8月13日
【发明者】胡琼, 高文金, 张正禄, 任小玲, 刘运荣 申请人:中国石油化工集团公司, 中石化石油工程机械有限公司研究院